【文章內(nèi)容簡介】 11轉(zhuǎn)向橫拉桿 12拉桿支架 13轉(zhuǎn)向節(jié) 圖 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：因逆效率高 60%70%面上行駛時(shí)，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間沖擊力的大部分能傳至轉(zhuǎn)向盤產(chǎn)生反沖，反沖現(xiàn)象會(huì)使駕駛員精神緊張，并難以準(zhǔn)確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn) 向盤突然轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)造成打手，同時(shí)對駕駛員造成傷害。 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 由齒輪機(jī)構(gòu)將來自轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行減速，使轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇u輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾珠螺桿和螺母夾著鋼球嚙合，因而滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，螺母再與扇形齒輪嚙合，直線運(yùn)動(dòng)再次變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使連桿臂搖動(dòng)，連桿臂再使連動(dòng)拉桿和橫拉桿做直線運(yùn)動(dòng)，改變車輪的方向。 其結(jié)構(gòu)如圖 。 13 1螺母 2彈簧墊圈 3轉(zhuǎn)向螺母 4轉(zhuǎn)向器殼體密封墊圈 5轉(zhuǎn)向器殼體底蓋 6轉(zhuǎn)向器殼體 7導(dǎo)管夾 8加油 （通氣）螺塞 9鋼球?qū)Ч? 10球軸承 1 23油封 12轉(zhuǎn)向螺桿 13鋼球 14調(diào)整墊片 15螺栓 16調(diào)整墊圈 17側(cè)蓋 18調(diào)整螺釘 19鎖緊螺母 22滾針軸承 21齒扇軸（搖臂軸） 圖 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)：在螺桿和螺母之間因?yàn)橛锌梢匝h(huán)流動(dòng)的鋼球，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，因而傳動(dòng)效率可達(dá)到 75％ —80％；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施后，包括提高制造精度，改善工作表面的表面粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加 工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條與齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進(jìn)行；適合用來做整體式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器 蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單；制造容易；因?yàn)闈L輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比較高的強(qiáng) 14 度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點(diǎn)是：正效率低；工作齒面磨損后，調(diào)整嚙 合間隙比較困難；轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比不能變化。 蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器根據(jù)其銷子能否自轉(zhuǎn)分為固定銷式蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器和旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又分為單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進(jìn)行。固定銷蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易；但是因銷子不能自轉(zhuǎn)，銷子的工作部位基本保持不變，所以磨損快、工作效率低。旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器的效率高、磨損慢，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向系中的減速增扭轉(zhuǎn)動(dòng)裝置 [9]，其功用是增大轉(zhuǎn)向盤傳動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié) 的力并改變力的傳遞方向。曾經(jīng)出現(xiàn)過的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)型式很多，但有些已趨于淘汰。現(xiàn)代汽車的轉(zhuǎn)向器已演變定型，中型和重型汽車多采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，小型車多采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。在循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈與輸出的轉(zhuǎn)向搖臂擺角是成正比的；在齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中，輸入轉(zhuǎn)向圈數(shù)與輸出的齒條位移是成正比的。目前大部分低端轎車采用的就是齒輪齒條式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，本 次 為 微型 車轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)，故采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。 本章小結(jié) 本章主要講述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種形式， 根據(jù)選用的參數(shù) 采用機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 并 在機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)向 器的選擇，對比分析各種轉(zhuǎn)向器的 優(yōu)缺點(diǎn) ， 最終 選擇齒輪齒條轉(zhuǎn)向器。 第 3 章 機(jī)械式轉(zhuǎn)向系總體設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù) 轉(zhuǎn)向系的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)向系的效率、傳動(dòng)比的變化特性、轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙特性、轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)以及轉(zhuǎn)向盤的自由行程。 轉(zhuǎn)向系的效率 15 功率 p 從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率為正效率，用符號 η+表示，反之稱為逆效率，用符號 η表示，為了保證轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤輕便，要求正效率高 [10]；為了保證汽車轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向盤能自動(dòng)返回直線行駛位 置，又需要有一定的逆效率。 轉(zhuǎn)向器的正效率與轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等有關(guān)。在前述四種轉(zhuǎn)向器中，齒輪齒條式、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的正效率比較高，而蝸桿指銷式特別是鼓動(dòng)銷和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的正效率要明顯低一些。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的正效率可達(dá) 90%，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為滾動(dòng)摩擦，摩擦損失小，其正效率可達(dá) 85%，球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器正效率可達(dá) 77%82%，蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器和蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副存在較大滑動(dòng)摩擦，正效率 68%75%比較低。同一類型轉(zhuǎn)向器，因結(jié)構(gòu)不同效率也不一樣。 逆效率表示轉(zhuǎn)向 器的可逆性。根據(jù)逆效率值的大小，轉(zhuǎn)向器又可分為可逆式、極限可逆式與不可逆試三種。 可逆式轉(zhuǎn)向器的逆效率較高，這種轉(zhuǎn)向器可將路面作用在車輪上的大部分力傳遞到轉(zhuǎn)向盤上，使司機(jī)的路感好。在汽車轉(zhuǎn)向后也能保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤的自動(dòng)回正，使轉(zhuǎn)向輪行駛穩(wěn)定。但在壞路面上，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪上作用有側(cè)向力時(shí)，轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊大部分會(huì)傳給轉(zhuǎn)向盤，為了減輕在不平路面上行駛時(shí)駕駛員的疲勞，車輪與路面之間的作用力傳至轉(zhuǎn)向盤上要盡可能小，防止打手，這又要求此逆效率盡可能低。因此，可逆式轉(zhuǎn)向器宜用于在良好路面上行駛的車輛。循環(huán)球式和齒輪齒條式轉(zhuǎn) 向器均屬于這一類。本文設(shè)計(jì)齒輪齒條轉(zhuǎn)向器逆效率為 60％ 70％ 。 不可逆式轉(zhuǎn)向器不會(huì)將轉(zhuǎn)向輪受到的沖擊力傳到轉(zhuǎn)向盤上。由于它既使司機(jī)沒有路感，又不能保證轉(zhuǎn)向輪的自動(dòng)回正，現(xiàn)代汽車已不采用。 極限可逆式轉(zhuǎn)向器介于上述兩者之間。其逆效率較低，適用于在壞路面上行駛的汽車。當(dāng)轉(zhuǎn)向輪受到?jīng)_擊力時(shí)，其中只有較小的一部分傳給轉(zhuǎn)向盤。 通常，由轉(zhuǎn)向盤至轉(zhuǎn)向輪的效率即轉(zhuǎn)向系的正效率 ?? 的平均值為 67%82%；當(dāng)向上述相反方向傳遞力時(shí)逆效率的平均值為 58%63%。 轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比 轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比 owi 和轉(zhuǎn)向系的力傳動(dòng)比 pi 。 從輪胎接地面中心作用在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪上的合力 2 WF 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 hF之比，稱為力傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向盤角速度 w 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 kw 之比，稱為轉(zhuǎn)向系 16 角傳動(dòng)比。 轉(zhuǎn)向盤角速度 w 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)角速度 kw 之比，稱為轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比 0wi ，即 0 //ww k k kw d d t di w d d t d????? ? ? （ ） 式中： d? —轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； kd? —轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量； dt—時(shí)間增量。 0wi 又由轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 wi 和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比 39。wi 所組成，即 wo w wi i i??? （ ） 式中： wi —轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比； wi? —轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比。 現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的角傳動(dòng)比多在 之間，即近似于 1?，F(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向器的角傳動(dòng)比也常采用不變的數(shù)值：轎車取 wi =1422；貨車取 wi =2025。本次設(shè)計(jì) wi 取15。 0w w wi i i??? =1? 15=15 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置型式及其桿件所處的轉(zhuǎn)向位置有關(guān)。 pi = 0 /2w swi D a? 75 （ ） 式（ ）中： a —主銷偏移距，取值在 4060mm，取 40mm； swD —轉(zhuǎn)向盤直徑，取 400mm。 轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副的間隙特性 轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)間隙是指轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副之間的間隙 [11]。該間隙隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的改變而改變。通常將這種變化關(guān)系稱為轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)間隙特性。研究該傳動(dòng)間隙特性的意義在于它對汽車直線行駛時(shí)的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向器的壽命都有直接影響。 當(dāng)轉(zhuǎn)向盤處于中間位置即汽車作直線行駛時(shí)，如果轉(zhuǎn)向器有傳動(dòng)間隙則將使轉(zhuǎn)向輪在該間隙范圍內(nèi)偏離直線行駛位置而失去穩(wěn)定性。為防止這種 情況發(fā)生，要求當(dāng)轉(zhuǎn)向盤處于中間位置時(shí)轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為無隙嚙合。這一要求應(yīng)在汽車使用的全部時(shí)間 17 內(nèi)得到保證。汽車多直行行駛，因此轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副在中間部位的磨損量大于其兩端。為了保證轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副磨損最大的中間部位能通過調(diào)整來消除因磨損而形成的間隙，調(diào)整后當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)又不致于使轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副在其他嚙合部位卡住。為此應(yīng)使傳動(dòng)間隙從中間部位到兩端逐漸增大，并在端部達(dá)到其最大值，如圖 ，利于間隙的調(diào)整及提高轉(zhuǎn)向器的使用壽命。不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器其傳動(dòng)間隙特性亦不同。 圖 轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)副傳動(dòng)間隙特性 循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的 齒條齒扇傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙特性，可通過將齒扇齒做成不同厚度來獲取必要的傳動(dòng)間隙，既將中間齒設(shè)計(jì)成正常齒厚，從靠近中間齒的兩側(cè)齒到離開中間齒最遠(yuǎn)的齒，其厚度依次遞減。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向傳動(dòng)副的主動(dòng)件是一斜齒圓柱小齒輪，它和裝在外殼中的從動(dòng)件 ——齒條相嚙合，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器是依靠齒條背部靠近主動(dòng)小齒輪處裝置的可調(diào)節(jié)壓力的彈簧來消除齒輪齒條傳動(dòng)副的齒間間隙的。球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副是球面蝸桿及滾輪，球面蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器利用軸向移動(dòng)搖臂以改變滾輪與蝸桿中心距的方法來調(diào)整傳動(dòng)間隙。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)副為圓柱 蝸桿及指銷，雙銷型由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸及質(zhì)量也較大，且對兩指銷間的位置精度、蝸桿上螺紋槽的形狀及尺寸精度要求較高，角傳動(dòng)比的變化特性及傳動(dòng)間隙特性的變化也受到限制，因此應(yīng)用上多為齒輪齒條和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器所取代。本次設(shè)計(jì)中為使汽車保持一定的穩(wěn)定性，要求傳動(dòng)副的傳動(dòng)間隙在轉(zhuǎn)向盤處于及其附近位置時(shí)要極小，一般在 10176?！?15176。 轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 轉(zhuǎn)向盤從一個(gè)極端位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)極端位置時(shí)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。它與轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向系的角傳動(dòng)比有關(guān)，并影響轉(zhuǎn)向的操縱輕便性和 18 靈敏性。轎車轉(zhuǎn) 向盤的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)較少，一般約在 圈以內(nèi)；貨車一般不宜超過 6圈。 單從轉(zhuǎn)向操縱的靈敏性而言，最好是轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)能同步開始并同步終止。然而，這在實(shí)際上是不可能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樵谡麄€(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，各傳動(dòng)件之間都必然存在著裝配間隙，而且這些間隙將隨著零件的磨損而增大。在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程的開始階段，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤所施加的力矩很小，因?yàn)橹皇怯脕砜朔D(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦的，使各傳動(dòng)件運(yùn)動(dòng)到其間的間隙完全消失，故可以認(rèn)為這個(gè)階段是轉(zhuǎn)向盤空轉(zhuǎn)階段。此后，才需要對轉(zhuǎn)向盤施加更大的轉(zhuǎn)向力矩，以克服經(jīng)車輪傳到轉(zhuǎn)向節(jié)上的轉(zhuǎn)向阻力矩 ，從而實(shí)現(xiàn)使各轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向盤在空轉(zhuǎn)階段中的角行程稱為轉(zhuǎn)向盤自由行程。轉(zhuǎn)向盤自由行程對于緩沖路面沖擊及避免使駕駛員過度緊張是有利的，但不宜過大，以免影響靈敏性。一般來說，轉(zhuǎn)向盤從相應(yīng)于汽車直線行駛的中間位置向任一方向的自由行程最好不超過 10176?！?15176。當(dāng)零件磨損嚴(yán)重到使轉(zhuǎn)向盤自由行程超過 25176?！?30176。時(shí)，必須進(jìn)行調(diào)整。 轉(zhuǎn)向盤的選擇 轉(zhuǎn)向盤即通常所說的方向盤。轉(zhuǎn)向盤由輪緣、輪輻和輪轂組成。輪輻一般為三根輻條或四根輻條，也有用兩根輻條的。轉(zhuǎn)向盤輪轂孔具有細(xì)牙內(nèi)花鍵，借此與轉(zhuǎn)向軸連接。轉(zhuǎn)向盤內(nèi)部 有金屬制成的骨架，是用鋼、鋁合金或鎂合金等材料制成，采用焊接或鑄造等工藝制造。骨架的外側(cè)一般包有柔軟的合成橡膠或樹脂，也有采用皮革包裹以及硬木制作的轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向盤外皮要求有某種程度的柔軟度，這樣可有良好的手感，而且能防止手心出汗時(shí)握轉(zhuǎn)向盤打滑，還需要有耐熱性，如圖 。 1輪緣 2喇叭按紐 3輪轂 4輪輻 圖 轉(zhuǎn)向盤 轉(zhuǎn)向盤的功能：轉(zhuǎn)向盤位于司機(jī)的正前方，是碰撞時(shí)最可能傷害到司機(jī)的部件， 19 因此需要轉(zhuǎn)向盤具有很高的安 全性，在司機(jī)撞在轉(zhuǎn)向盤上時(shí)，骨架能夠產(chǎn)生變形，吸收沖擊能，減輕對司機(jī)的傷害。轉(zhuǎn)向盤的慣性力矩也是很重要的，慣性力矩小，我們就會(huì)感到 “輪輕 ”，操做感良好，但同時(shí)也容易受到轉(zhuǎn)向盤的反彈 (即 “打手 ”)的影響，為了設(shè)定適當(dāng)?shù)膽T性力矩，就要調(diào)整骨架的材料或形狀等?，F(xiàn)在的轉(zhuǎn)向盤與以前的看似沒有太大變化，但實(shí)際上已經(jīng)有了改進(jìn)。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤外徑變小了，而手握處卻變粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善?，F(xiàn)在有越來越多的汽車在轉(zhuǎn)向盤里安裝了安全氣囊，也使汽車的安全性大大提高了。 現(xiàn)在的轉(zhuǎn)向盤與以前的看似沒有 太大變化，但實(shí)際上已經(jīng)有了改進(jìn)。由于轉(zhuǎn)向助力裝置的普及，轉(zhuǎn)向盤外徑變小了，而手握處卻變粗了，采用柔軟材料，使操作感得到了改善。 現(xiàn)在有越來越多的汽車在轉(zhuǎn)向盤里安裝了安全氣囊，也使汽車的安全性大大提高了。轉(zhuǎn)向盤的集電環(huán)：轉(zhuǎn)向盤上有喇叭開關(guān)，必須時(shí)刻與車身電器線路相連，而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向盤與組合開關(guān)之間顯然不能用導(dǎo)線直接相連，因此就必須采用集電環(huán)裝置。集電 環(huán)好比環(huán)形的地鐵軌道，喇叭開關(guān)的觸點(diǎn)就象奔跑在軌道上的電車，時(shí)刻保持接通的狀態(tài)。由于是機(jī)械接觸，長時(shí)間使用觸點(diǎn)會(huì)因磨損影響導(dǎo)電性，導(dǎo)致緊急時(shí)刻喇叭不鳴甚至氣囊不工作。因此，最近裝備氣囊的汽車開始裝用電纜盤，代替集電環(huán)。 轉(zhuǎn)向盤的端子與組合開關(guān)的端子用電纜線連接，電纜盤將電線卷入盤內(nèi)，類